O nouă cercetare de la Institutul Fraunhofer pentru Sisteme de Energie Solară din Germania (Fraunhofer ISE) a arătat că combinarea sistemelor fotovoltaice de pe acoperiș cu stocarea bateriei și pompele de căldură poate îmbunătăți eficiența pompei de căldură, reducând în același timp dependența de electricitatea rețelei.
Cercetătorii Fraunhofer ISE au studiat modul în care sistemele fotovoltaice rezidențiale de pe acoperiș ar putea fi combinate cu pompele de căldură și stocarea bateriilor.
Ei au evaluat performanța unui sistem PV-pompă de căldură-baterie bazat pe un control gata de rețea inteligentă (SG) într-o casă unifamilială construită în 1960 în Freiburg, Germania.
„S-a descoperit că controlul inteligent a crescut funcționarea pompei de căldură prin creșterea temperaturilor stabilite”, a declarat cercetătorul Shubham Baraskar pentru revista pv. „Controlul SG-Ready a crescut temperatura de alimentare cu 4,1 Kelvin pentru prepararea apei calde, care apoi a scăzut factorul de performanță sezonier (SPF) cu 5,7% de la 3,5 la 3,3. În plus, pentru modul de încălzire a spațiului, controlul inteligent a scăzut SPF-ul cu 4% de la 5,0 la 4,8.”
SPF este o valoare similară cu coeficientul de performanță (COP), cu diferența este calculată pe o perioadă mai lungă, cu condiții la limită variate.
Baraskar și colegii săi și-au explicat descoperirile în „Analiza performantelor si functionarii unui sistem de pompa de caldura cu baterie fotovoltaica pe baza datelor masurate in teren”, care a fost publicat recent înProgresele Energiei Solare.Ei au spus că principalul avantaj al sistemelor fotovoltaice cu pompe de căldură constă în consumul redus de rețea și costurile mai mici ale energiei electrice.
Sistemul de pompă de căldură este o pompă de căldură terasă de 13,9 kW proiectată cu un stocare tampon pentru încălzirea spațiului. De asemenea, se bazează pe un rezervor de stocare și o stație de apă dulce pentru producerea apei calde menajere (ACM). Ambele unități de depozitare sunt echipate cu încălzitoare electrice auxiliare.
Sistemul fotovoltaic este orientat spre sud și are un unghi de înclinare de 30 de grade. Are o putere de ieșire de 12,3 kW și o suprafață a modulului de 60 de metri pătrați. Bateria este cuplată în curent continuu și are o capacitate de 11,7 kWh. Casa selectată are un spațiu de locuit încălzit de 256 m2 și o cerere anuală de încălzire de 84,3 kWh/m²a.
„Puterea de curent continuu de la unitățile fotovoltaice și de la baterii este convertită în curent alternativ printr-un invertor care are o putere AC maximă de 12 kW și o eficiență europeană de 95 %”, au explicat cercetătorii, observând că controlul SG-ready este capabil să interacționeze cu rețeaua electrică și ajustați corespunzător funcționarea sistemului. „În perioadele de sarcină mare a rețelei, operatorul rețelei poate opri funcționarea pompei de căldură pentru a reduce solicitarea rețelei sau poate suferi și o pornire forțată în cazul opus.”
Conform configurației propuse de sistem, energia fotovoltaică trebuie utilizată inițial pentru încărcăturile casei, surplusul fiind furnizat bateriei. Puterea în exces ar putea fi exportată în rețea doar dacă gospodăria nu necesită energie electrică și bateria este complet încărcată. Dacă atât sistemul fotovoltaic, cât și bateria nu sunt capabile să acopere necesarul de energie al casei, rețeaua electrică poate fi utilizată.
„Modul SG-Ready este activat atunci când bateria este complet încărcată sau se încarcă la puterea maximă și există încă un surplus PV disponibil”, au spus profesorii. „Dimpotrivă, condiția de declanșare este îndeplinită atunci când puterea fotovoltaică instantanee rămâne mai mică decât cererea totală a clădirii timp de cel puțin 10 minute.”
Analiza lor a luat în considerare nivelurile de autoconsum, fracția solară, eficiența pompei de căldură și impactul sistemului fotovoltaic și al bateriei asupra eficienței performanței pompei de căldură. Ei au folosit date de înaltă rezoluție de 1 minut din ianuarie până în decembrie 2022 și au descoperit că controlul SG-Ready a crescut temperaturile de alimentare ale pompei de căldură cu 4,1 K pentru ACM. De asemenea, au constatat că sistemul a realizat un autoconsum global de 42,9% în cursul anului, ceea ce se traduce în beneficii financiare pentru proprietarii de case.
„Cererea de energie electrică pentru [pompa de căldură] a fost acoperită cu 36% cu sistemul fotovoltaic/baterie, prin 51% în modul de apă caldă menajeră și 28% în modul de încălzire a spațiului”, a explicat echipa de cercetare, adăugând că temperaturile mai ridicate ale chiuvetei au redus. eficiența pompei de căldură cu 5,7% în modul ACM și cu 4,0% în modul de încălzire a spațiului.
„Pentru încălzirea spațiului, a fost găsit și un efect negativ al controlului inteligent”, a spus Baraskar. „Datorită controlului SG-Ready, pompa de căldură a funcționat în încălzirea spațiilor peste temperaturile punctului de referință pentru încălzire. Acest lucru se datorează faptului că, probabil, controlul a crescut temperatura setată de stocare și a acționat pompa de căldură chiar dacă căldura nu era necesară pentru încălzirea spațiului. De asemenea, trebuie luat în considerare faptul că temperaturile excesiv de ridicate de depozitare pot duce la pierderi mai mari de căldură prin stocare.”
Oamenii de știință au spus că în viitor vor investiga combinații suplimentare PV/pompe de căldură cu diferite concepte de sistem și control.
„Trebuie remarcat faptul că aceste constatări sunt specifice sistemelor individuale evaluate și pot varia foarte mult în funcție de specificațiile clădirii și ale sistemului energetic”, au concluzionat ei.
Ora postării: 13-nov-2023